커패시터 란 무엇이며 어떻게 작동합니까? – 물리학 및 응용

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이 튜토리얼에서 우리는 커패시터가 무엇인지, 어떻게 작동하는지 배우고 몇 가지 기본적인 애플리케이션 예제를 살펴볼 것입니다. 다음 비디오를 보거나 아래에 작성된 튜토리얼을 읽을 수 있습니다.

개요

커패시터가 없는 회로는 거의 없으며 저항, 인덕터와 함께 우리가 전자 제품에서 사용하는 기본적인 수동 부품입니다.

커패시터란 무엇입니까?

커패시터는 전하의 형태로 에너지를 저장할 수 있는 장치입니다. 동일한 크기의 배터리와 비교할 때 커패시터는 훨씬 더 적은 양의 에너지를 저장할 수 있습니다. 약 10,000배 더 작지만 많은 회로 설계에 충분히 유용합니다.

커패시터 구성

커패시터는 유전체라는 절연 물질로 분리된 두 개의 금속판으로 구성됩니다. 플레이트는 전도성이며 일반적으로 알루미늄, 탄탈륨 또는 기타 금속으로 만들어지며 유전체는 종이, 유리, 세라믹 또는 전류의 흐름을 방해하는 모든 종류의 절연 재료로 만들 수 있습니다.

패럿으로 측정된 커패시터의 커패시턴스는 두 판의 표면적과 유전체의 유전율 ε에 정비례하지만 판 사이의 거리가 작을수록 커패시턴스가 커집니다. 그렇다면 이제 커패시터가 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.

커패시터의 작동 원리

먼저, 금속은 일반적으로 양전하와 음전하를 띤 입자의 양이 동일하므로 전기적으로 중성이라는 것을 알 수 있습니다.

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전원이나 배터리를 커패시터의 금속판에 연결하면 전류가 흐르려고 하거나 배터리의 양극 리드에 연결된 플레이트에서 전자가 음극 리드에 연결된 플레이트로 이동하기 시작합니다. 배터리. 그러나 플레이트 사이의 유전체 때문에 전자가 커패시터를 통과할 수 없으므로 플레이트에 축적되기 시작합니다.

플레이트에 일정 수의 전자 장치가 축적되면 배터리는 이미 있는 전자 장치의 반발로 인해 새로운 전자 장치를 플레이트에 밀어넣을 수 있는 에너지가 부족합니다.

이 시점에서 커패시터는 실제로 완전히 충전됩니다. 첫 번째 판은 순 음전하를 발생시키고 두 번째 판은 동일한 순 양전하를 발생시켜 커패시터의 전하를 유지하는 인력으로 전기장을 생성합니다.

커패시터 유전체 작동 원리

유전체가 커패시터의 커패시턴스를 어떻게 증가시킬 수 있는지 살펴 보겠습니다. 유전체에는 극성 분자가 포함되어 있어 두 판의 전하에 따라 방향을 변경할 수 있습니다. 따라서 분자는 더 많은 전자를 음극판으로 끌어당기는 동시에 양극판에서 더 많은 전자를 밀어내는 방식으로 전기장과 정렬됩니다.

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따라서 완전히 충전된 상태에서 배터리를 제거하면 배터리가 오랫동안 전하를 유지하여 에너지 저장 장치 역할을 합니다.

이제 부하를 통해 커패시터의 양 끝을 짧게 하면 전류가 부하를 통해 흐르기 시작합니다. 두 판이 다시 전기적으로 중성이 될 때까지 첫 번째 판에서 축적된 전자가 두 번째 판으로 이동하기 시작합니다.

이것이 커패시터의 기본 작동 원리이며 이제 몇 가지 응용 사례를 살펴보겠습니다.

커패시터 애플리케이션

디커플링(바이패스) 커패시터

디커플링 커패시터 또는 바이패스 커패시터가 대표적인 예입니다. 집적 회로와 함께 자주 사용되며 전원과 IC 접지 사이에 배치됩니다.

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그들의 임무는 전원 공급 장치가 매우 짧은 시간 동안 전압을 떨어뜨리거나 회로의 일부가 전환되어 전원 공급 장치의 변동을 일으킬 때 발생하는 전압 리플과 같은 전원 공급 장치의 모든 노이즈를 필터링하는 것입니다. 전압 강하가 발생하는 순간 커패시터는 일시적으로 주 전원 공급 장치를 우회하여 전원 공급 장치로 작동합니다.

AC-DC 변환기

또 다른 일반적인 애플리케이션 예는 DC 어댑터에 사용되는 커패시터입니다. AC 전압을 DC 전압으로 변환하기 위해 일반적으로 다이오드 정류기가 사용되지만 커패시터의 도움 없이는 작업을 수행할 수 없습니다.

정류기의 출력은 파형입니다. 따라서 정류기의 출력이 상승하는 동안 커패시터가 충전되고 정류기의 출력이 감소하는 동안 커패시터가 방전되어 DC 출력이 평활화됩니다.

관련 항목: Schmitt Trigger 및 작동 원리

신호 필터링

신호 필터링은 커패시터의 또 다른 응용 예입니다. 특정 응답 시간 때문에 저주파 신호는 차단하고 더 높은 주파수는 통과할 수 있습니다.

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이것은 원하지 않는 주파수를 튜닝하기 위한 라디오 수신기와 스피커 내부의 교차 회로에서 우퍼의 저주파와 트위터의 고주파를 분리하는 데 사용됩니다.

에너지 저장 장치로서의 커패시터

커패시터의 또 다른 명백한 용도는 에너지 저장 및 공급입니다. 동일한 크기의 배터리에 비해 훨씬 적은 양의 에너지를 저장할 수 있지만 수명이 훨씬 더 길고 에너지를 훨씬 빠르게 전달할 수 있어 높은 전력 버스트가 필요한 애플리케이션에 더 적합합니다.

이것이 이 튜토리얼의 전부입니다. 아래 댓글 섹션에서 언제든지 질문하세요.